JPH05282160A - リアルタイム・シミュレーション開発機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】開発マシンにマルチモジュールをダイナミック
にロード、アンロードする機能を組み込み、ターゲット
用のアプリケーションタスクのプログラムを全く修正せ
ずに動作できると共に、アプリケーションタスクの新規
開発あるいは改良が容易であり、クロック割込みを正確
にシミュレーションする。 【構成】アプリケーションタスクあるいはリアルタイム
ＯＳの一部である任意の複数のモジュールをダイナミッ
クにロードあるいはアンロードする機能と、ローダ自身
は一種のタスクとして、あるいはリアルタイムＯＳ内部
に組み込んだシステムコールとして実現し、ロードした
モジュールはリアルタイムＯＳ内で管理され、そのプロ
グラムが更新されると自動的に古いものをアンロード
し、更新されたプログラムをロードしなおす機能を備え
たマルチモジュール・ローダを開発マシンに用意する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、リアルタイムシステム
のシミュレーション開発環境（シミュレーション開発機
構という）におけるタスク等のマルチモジュールをダイ
ナミックにロードあるいはアンロードする機能の実現に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年ターゲット上で動作するリアルタイ
ムシステムのアプリケーションを汎用開発マシン、例え
ばＵＮＩＸ（ＡＴ＆Ｔベル研究所で開発されたＯＳ）マ
シン、で開発するために、様々なシミュレーション開発
環境が試みられている。リアルタイムシステムを開発マ
シンでシミュレーションする方法には以下の３種類があ
る。 (1) リアルタイムＯＳの簡単なスタブライブラリを用意
し、アプリケーションタスクごとにリンクする。 (2) ターゲットＣＰＵの完全なシミュレーション環境を
用意し、クロスコンパイルしたターゲット用のリアルタ
イムシステムを動作させる。 (3) ターゲット用リアルタイムＯＳのハードウェア依存
部分をわずかに改良して開発マシン（例えばＵＮＩＸマ
シン）上でライトウェイトプロセス（ＬＷＰ）ライブラ
リを作成する。これを使用して、図６に示すように、ア
プリケーションタスクをスレッド化し、複数のタスクを
１プロセスで同時に動作させる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記
(1) の方法では、単一のアプリケーションタスクを１プ
ロセスとして単独に動作させるだけであり、タスク間の
インタラクション（interaction ）が不可能であるとい
う問題がある。また上記(2) の方法では、複雑な処理の
ためシミュレーションの実行にリアルタイム性がないと
いう問題がある。これに対して上記(3) の方法は、シミ
ュレーション開発環境を容易に構築でき、実際のターゲ
ット上の動作をリアルタイム性も含めて最もよく近似で
きるため、有望視されている。しかしながら、その原理
に以下のような問題点があるため広く普及していないの
が実状である。

【０００４】リアルタイムＯＳと複数のタスクがリンク
された１実行モジュール／１プロセスで実現されている
ため、通常タスクには次の制限がある。 シミュレーション可能なタスクの範囲 実行可能なタスクはシミュレーション環境の実行モジュ
ールにリンクされたタスクに限定される。 タスクが使用する外部変数 単一プロセスの単一仮想空間、単一名前空間において、
複数のタスクを動作させるため、外部変数の名前がシミ
ュレーション環境内で重なってはいけない。また、同一
プログラムのタスクを多重生成する場合には、そこで使
用する外部変数のアクセス競合が起こる。 タスクが使用する関数 上記と同じ理由により、タスク内で使用する関数名
は、そのタスク自身の入口の名前も含めてシミュレーシ
ョン環境内で重なってはいけない。 タイム指定時間の修正 開発マシンにおける実際の時間タイマを使用しているた
め、クロック割込み処理を正常に動作させるためにはイ
ンターバル時間をターゲット上の約１００倍以上に遅く
する。また、タスクが指定する待ち時間をそれに合わせ
て妥当な値に修正する。

【０００５】このような制限により、ターゲット上のア
プリケーションタスクをそのまま変更せずにシミュレー
ションすることは不可能である。また、アプリケーショ
ンタスクを新規開発ないし改良するたびに、シミュレー
ション環境を停止させ、それと再リンクする必要があ
る。さらに、クロック割込みのシミュレーションのイン
ターバル時間は、開発マシン全体の負荷に影響する。そ
して、インターバル時間は約４００ｍｓが限度である。
第１の発明の目的は、上記(3) のシミュレーション方法
における問題点を解消し、マルチモジュールをダイナミ
ックにロード、アンロードする機能を組み込み、ターゲ
ット用のアプリケーションタスクのプログラムを全く修
正せずに動作できるようなリアルタイム・シミュレーシ
ョン開発機構を提供することにある。第２の発明の目的
は、上記(3) のシミュレーション方法における問題点を
解消し、マルチモジュールをダイナミックにロード、ア
ンロードする機能を組み込み、ターゲット用のアプリケ
ーションタスクのプログラムを全く修正せずに動作でき
ると共に、アプリケーションタスクの新規開発あるいは
改良が容易であり、クロック割込みを正確にシミュレー
ションすることのできるリアルタイム・シミュレーショ
ン開発機構を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために第１の発明では、ターゲット上で動作するリア
ルタイムシステムのアプリケーションを汎用開発マシン
で開発するためのシミュレーション開発機構において、
複数のモジュールをダイナミックにロードあるいはアン
ロードする機能と、ローダ自身は一種のタスクとして、
あるいはリアルタイムＯＳ内部に組み込んだシステムコ
ールとして実現し、ロードしたモジュールはリアルタイ
ムＯＳ内で管理され、そのプログラムが更新されると自
動的に古いものをアンロードし更新されたプログラムを
ロードしなおす機能を備えたマルチモジュール・ローダ
を備えたことを特徴とする。また、第２の発明では、タ
ーゲット上で動作するリアルタイムシステムのアプリケ
ーションを汎用開発マシンで開発するためのシミュレー
ション開発機構において、複数のモジュールをダイナミ
ックにロードあるいはアンロードする機能と、ローダ自
身は一種のタスクとして、あるいはリアルタイムＯＳ内
部に組み込んだシステムコールとして実現し、ロードし
たモジュールはリアルタイムＯＳ内で管理され、そのプ
ログラムが更新されると自動的に古いものをアンロード
し更新されたプログラムをロードしなおす機能を備えた
マルチモジュール・ローダを備えると共に、シミュレー
ション開発環境が開発マシンのマイクロプロセッサユニ
ットを実際に使用した時間だけを測定対象にしたクロッ
ク割込みのシミュレーションが可能であり、またターゲ
ット上と同じようにユーザ、スーパーバイザ、割込みの
３種類の実行モードを持ち、各々のモード用スタックを
使用して動作し、更に複数のハードウェアからの割込み
をシミュレーション可能にするため、また開発マシンの
数値演算プロセッサユニットを利用可能にするために、
タスクのコンテキストを持ちリアルタイムＯＳのシミュ
レーションを行うようにしたことを特徴とする。

【０００７】

【作用】ターゲット上で動作するリアルタイムシステム
のアプリケーションをシミュレーションするためにマル
チモジュール・ローダを汎用開発マシンに組み込む。そ
して開発マシンのＯＳが提供する機能をフルに活用して
より正確にターゲット上の動作を近似することができ
る。マルチモジュール・ローダでは、 アプリケーションタスクあるいはリアルタイムＯＳの
一部である任意の複数のモジュールをダイナミックにロ
ードあるいはアンロードし、 ローダ自身は一種のタスクとして、あるいはリアルタ
イムＯＳ内部に組み込んだシステムコールとして実現
し、 ロードしたモジュールはリアルタイムＯＳ内で管理さ
れ、そのプログラムが更新されると自動的に古いものを
アンロードし、更新されたプログラムをロードしなお
す。特にリアルタイムＯＳのシミュレーション方法にお
いて次の点が改良されている。 シミュレーション開発環境が開発マシンのマイクロプ
ロセッサユニット（ＭＰＵ）を実際に使用した時間だけ
を測定対象にしたクロック割込みのシミュレーション方
法である。 ターゲット上と同じようにユーザ、スーパーバイザ、
割込みの３種類の実行モードを持ち、各々のモード用ス
タックを使用して動作する。 複数のハードウェアからの割込みをシミュレーション
可能にするため、また開発マシンの数値演算プロセッサ
ユニット（ＦＰＵ）を利用可能にするために、タスクの
コンテキストを持つ。

【０００８】

【実施例】以下本発明を詳細に説明する。図１は本発明
に係るリアルタイム・シミュレーション開発環境の一実
施例を示す構成図である。１は開発マシンのＯＳ部、２
はシミュレーションプロセスＡを実行する際に必要な構
成要素群、３はシミュレーションプロセスＢを行なう際
に必要な構成要素群である。構成要素群２において、２
１はローダタスク、２２はローダタスクに必要なリアル
タイムＯＳの機能を有する部分である。リアルタイムＯ
Ｓ機能部２２は、ＯＳ初期化の機能、メモリを獲得およ
び解放する機能、モジュールをロードする機能がそれぞ
れ用意されている。２３はアプリケーションタスク、２
４はローダタスクに関係しない他のすべてのリアルタイ
ムＯＳ機能部分である。シミュレーションプロセスＡと
併行してシミュレーションプロセスＢを実行する場合
は、アプリケーションタスク２３とリアルタイムＯＳ機
能部分２４を共用し、新たにローダタスク３１およびこ
のローダタスクに必要なリアルタイムＯＳの機能部分３
２を用意する。なお、実施例では、ＵＮＩＸ開発マシン
上にＯＲＫＩＤ（Open Real-Time Kernel Interface De
finition）リアルタイムシステムのシミュレーション開
発環境を構築した場合の例について説明する。ここで、
ＯＲＫＩＤとは、ＶＩＴＡ（VMEbus International Tra
de Association）内のＯＲＫＩＤワーキンググループで
定められた組み込み型リアルタイムＯＳの標準インタフ
ェース仕様をいう。

【０００９】リアルタイムＯＳのハードウェア依存部分
は図２に示すようにシミュレーションしている。ただ
し、ターゲット環境のＭＰＵはモトローラ社製Ｍｃ６８
０Ｘ０（Ｘは数値２，３，４等）を対象にしている。以
下改良箇所について説明する。 クロック割込みのシミュレーション ターゲット上のシステムクロックをシミュレーションす
るために、開発マシン上のシミュレーション開発環境だ
けのＭＰＵ使用時間を測定するクロックを作成する。Ｕ
ＮＩＸ開発マシンでは、プロセスの仮想時間とシステム
がそのプロセスに代わって稼働した時間を測定するプロ
フィーリングタイマを使用する。 実行モジュールとスタック 開発マシンのＭＰＵから見れば、シミュレーション開発
環境はユーザモードとユーザスタックで動作している
が、汎用ＭＰＵに標準の３種類のモードとスタックを用
意して、図３に示すような事象で疑似的に切換えるよう
にしている。疑似モードは内部状態および割込みネスト
カウンタで決定する。 タスクのコンテキストの構造 タスクスイッチ時に疑似スタック（タスクごとに用意さ
れる疑似ユーザスタックおよびスーパーバイザスタッ
ク）にセーブ、リストするコンテキストは図４に示す通
りである。 この場合、複数のシグナルを用いて複数の
ハードウェアの割込みおよび割込みレベルをシミュレー
ションするために、事象発生時のシグナルマスクを疑似
ユーザスタックにセーブする。また、ＦＰＵを使用して
いるターゲットシステムをシミュレーションする場合に
は、開発マシンのＦＰＵを使用可能にして、ＦＰＵのレ
ジスタを疑似スーパーバイザスタックの固定エリアにセ
ーブする。なお、シミュレーション開発環境において、
システム起動時はローダとそれに必要なリアルタイムＯ
Ｓ機能のみ必要であり、またロードメモリエリアを共有
メモリとして割り当てれば、異なるシミュレーション開
発環境プロセス間で共有可能である。

【００１０】次に本発明が有するローダ機能について説
明する。 参照外部シンボルの解決法 ロードするモジュールの中の未解決な外部シンボル（関
数や変数）のアドレスは、指定した複数のロードモジュ
ールから決定する。例えば、シミュレーション開発環境
や、他のモジュールで定義されている外部変数をロード
するモジュールから参照したり、関数を呼び出せたりす
ることができる。 定義外部シンボルの解決法 ロードするモジュール内で明示的に新しく定義した外部
シンボル（関数や変数）は、前記で指定した参照ロー
ドモジュール内で定義した外部シンボルと名前が同じで
あっても何の不都合も生じない。それぞれ別の変数デー
タエリアおよび関数コードを確保する。 データおよびコード部の再配置 指定した任意の論理アドレスにコードおよびデータ部を
再配置する。また指定した任意の論理メモリ空間（共有
メモリでも可能）から任意のサイズのロードメモリエリ
アを確保する。 ロードモジュールの管理 ダイナミックローディングを行なうモジュールに対し
て、そのモジュール名（関数名）、ロードアドレスおよ
びテキストファイルを管理テーブルに登録する。そし
て、ダイナミックにロードしたモジュールのテキストを
更新すると、自動的にアンロードして再度新しいモジュ
ールをロードする。

【００１１】以下本発明のローダの動作を説明する。 (1) ダイナミック・ローディング シミュレーション開発環境プロセスが任意の複数のモジ
ュールを実行する必要がある場合に、それらがシミュレ
ーションとリンクされているかいないかに拘らず、次の
手順でダイナミックにロードして実行する。 複数のモジュールのテキストプログラムをコンパイル
し、複数のオブジェクトを作成する。 上記のオブジェクトの未解決な外部シンボル（関数
名や変数名）のアドレスを解決する。 コードおよびデータ部を再配置し、１つあるいは複数
のロードモジュールを作成する。 シミュレーション開発環境プロセスの論理メモリ空間
から、上記で作成されたモジュールをロードするエリ
アを確保する。 上記で作成されたモジュールをメモリにロードし、
その先頭アドレスから実行する。 なお、上記ないしまでの動作はロード要求以前に実
行させることが可能である。

【００１２】(2) ダイナミック・アンロード シミュレーション開発環境プロセスは、ダイナミックに
ロードしたマルチモジュールを自由にアンロードして、
使用していたメモリエリアを開放することができる。 (3) プロトタイプ・ローダの実現 ＵＮＩＸのコマンドおよびシステムコールを利用して、
前記(2) のローダの機能、、の前半を満足させる
プロトタイプ・ローダの動作は次の通りである。図５は
そのフローチャートである。 シミュレーション開発環境プロセス内で、モジュール
のダイナミック・ローディングを要求する。 モジュールのテキストプログラムをｃｃコマンド（Ｕ
ＮＩＸのコマンド）を使用してコンパイルする（オブジ
ェクトモジュールを作成する） オブジェクトモジュールからｒｅａｄシステムコール
（ＵＮＩＸのシステムコール）を使用してロードサイズ
を読み出す。 ｍａｌｌｏｃシステムコール（ＵＮＩＸのシステムコ
ール。共有メモリに対する場合はｓｈｍｇｅｔあるいは
ｓｈｍａｔシステムコールを使用）を利用して、ロード
メモリエリアを割り当て、その先頭アドレスを得る。 ｌｄコマンド（ＵＮＩＸのコマンド）のインクリメン
タルロードを利用して、 ロードモジュールファイル
を作成する。ただし、指定した前記のアドレス か
らコードおよびデータ部を再配置する。また、指定した
ロードモジュール ファイルから未解決な参照外部シ
ンボルのアドレスを見つけ出す。 ｒｅａｄシステムコール（ＵＮＩＸシステムコール）
で前記のロードモジュールを読み出し、ｗｒｉｔｅシ
ステムコール（ＵＮＩＸシステムコール）で前記のロ
ードメモリエリアに書き込む。 ロードメモリエリアの先頭から実行する。 モジュールが不必要であれば、ロードメモリエリアを
ｆｒｅｅシステムコール（ＵＮＩＸのシステムコール。
共有メモリに対する場合はｓｈｍｄｔあるいはｓｈｍｃ
ｔｌシステムコールを使用）で開放する。

【００１３】なお、本発明では、開発マシンのＯＳが提
供するすべての機能は、シミュレーション開発環境の任
意の場所から利用でき、またターゲット上のリアルタイ
ムＯＳにサポートされていない機能でも、開発マシンの
ＯＳにサポートされていればシミュレーションすること
ができる。利用する開発マシンのＯＳ機能としては、ソ
フトウェアの非同期割込み機能、コンパイラ、リンクエ
ディタ、デバッガ・コマンド、メモリ（共有メモリ）管
理、ファイルアクセス、ネットワークアクセス・システ
ムコールである。なお、実施例ではＵＮＩＸ開発マシン
上にＯＲＫＩＤリアルタイムシステムのシミュレーショ
ン開発環境を構築した例を示したが、本発明はＭＳ−Ｄ
ＯＳ、ＯＳ／２、Ｍａｃｉｎｔｏｓｈ、ＶＭＳ等の開発
マシン上で、ＴＲＯＮ、ＲＴＥＩＤ、ｐｓｏｓ＋、ＶＲ
ＴＸ３２等のリアルタイムＯＳのシステムのシミュレー
ション環境を構築することもできる。

【００１４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば次
のような効果がある。 開発マシン上でターゲット用アプリケーションタスク
を全く修正せずに動作させることができる。 第２の発明によれば、シミュレーション開発環境だけ
に使用したＭＰＵ時間を測定してクロック割込みのシミ
ュレーションを行なうため、システム全体のタイミング
がよりターゲットに近付く。また、開発環境の動作が開
発マシン全体の負荷に影響されず、開発マシンで設定可
能な最少インターバル時間（例えば、２０ｍｓ）を指定
できる。 実行モードとスタックがターゲット上と同じであるた
め、アプリケーションタスクの動作をより正確に近似で
きる。 第２の発明によれば、複数のハードウェア割込みをシ
ミュレーションできる。 シミュレーション開発環境とアプリケーションタスク
をリンクさせる必要はないので、自由にリモートホスト
上でもアプリケーションタスクを新規開発ないし改良す
ることができる。 リアルタイムＯＳの開発途中の機能を使用したアプリ
ケーションタスクでも、開発マシンＯＳがその機能をサ
ポートしていれば、シミュレーション開発環境で動作さ
せることができる。 シミュレーション開発環境は、ローダとリアルタイム
ＯＳの一部をリンクした最少構成で動作できる。 複数のシミュレーション開発環境を動作させる場合
は、アプリケーションタスクおよびリアルタイムＯＳの
コードを開発環境で共有できる。 シミュレーション開発環境の機能拡張が容易であり、
任意のデバッガと組み合わせて使用することが可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るリアルタイム・シミュレーション
開発環境の一実施例を示す構成図である。

【図２】リアルタイムＯＳのハードウェア依存部分とそ
のシミュレーションを説明するための説明図である。

【図３】実行モートとスタックの切り替えを説明するた
めの説明図である。

【図４】タスクのコンテキストを説明するための図であ
る。

【図５】プロトタイプ・ローダのフローチャートであ
る。

【図６】従来の開発マシンのシミュレーション環境を説
明するための図である。

【符号の説明】

１ 開発マシンのＯＳ部 ２１ ローダタスク ２２ ローダタスクに必要なリアルタイムＯＳ機能部分 ２３ アプリケーションタスク ２４ 残りのすべてのリアルタイムＯＳ機能部分 ３１ ローダタスク ３２ ローダタスクに必要なリアルタイムＯＳ機能部分

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ターゲット上で動作するリアルタイムシス
   テムのアプリケーションを汎用開発マシンで開発するた
   めのシミュレーション開発機構であって、 アプリケーションタスクあるいはリアルタイムＯＳの一
   部である任意の複数のモジュールをダイナミックにロー
   ドあるいはアンロードする機能と、ローダ自身は一種の
   タスクとして、あるいはリアルタイムＯＳ内部に組み込
   んだシステムコールとして実現し、ロードしたモジュー
   ルはリアルタイムＯＳ内で管理され、そのプログラムが
   更新されると自動的に古いものをアンロードし、更新さ
   れたプログラムをロードしなおす機能を備えたマルチモ
   ジュール・ローダを具備したことを特徴とするリアルタ
   イム・シミュレーション開発機構。
2. 【請求項２】ターゲット上で動作するリアルタイムシス
   テムのアプリケーションを汎用開発マシンで開発するた
   めのシミュレーション開発機構であって、 アプリケーションタスクあるいはリアルタイムＯＳの一
   部である任意の複数のモジュールをダイナミックにロー
   ドあるいはアンロードする機能と、ローダ自身は一種の
   タスクとして、あるいはリアルタイムＯＳ内部に組み込
   んだシステムコールとして実現し、ロードしたモジュー
   ルはリアルタイムＯＳ内で管理され、そのプログラムが
   更新されると自動的に古いものをアンロードし、更新さ
   れたプログラムをロードしなおす機能を備えたマルチモ
   ジュール・ローダを備え、 シミュレーション開発環境が開発マシンのマイクロプロ
   セッサユニットを実際に使用した時間だけを測定対象に
   したクロック割込みのシミュレーションが可能であり、 ターゲット上と同じようにユーザ、スーパーバイザ、割
   込みの３種類の実行モードを持ち、各々のモード用スタ
   ックを使用して動作し、 複数のハードウェアからの割込みをシミュレーション可
   能にするため、また開発マシンの数値演算プロセッサユ
   ニットを利用可能にするために、タスクのコンテキスト
   を持ち、リアルタイムＯＳのシミュレーションを行うよ
   うにしたリアルタイム・シミュレーション開発機構。